Юный техник, 2001 № 01 - Журнал «Юный техник»

В настоящий момент накоплены огромные знания по электризации при полете самолетов, космических кораблей. К примеру, профессор И. Имянитов в своей книге «Тропинка в атмосфере» (Л., Гидрометеоиздат, 1982) приводит данные о заряжании летательных аппаратов при вхождении в грозовое облако до 1,5 млн. вольт. Досконально исследованы турбулентность и обледенение, электростатическая опасность и струйные течения…

Ныне создаются системы электростатической защиты, электрической смазки, электродвижители и ионолеты… Задел есть, как им лучше воспользоваться?

Зачем мудрить с выбросом различных тросовых систем на огромную высоту, когда можно попытаться использовать электрическую энергию электризации. Ведь при движении с большими скоростями, как сказано, происходит сильная электризация космических объектов, и для нейтрализации статического электричества применяют всевозможные способы.

А что, если использовать это во благо?

Производить «съем» потенциала, тем более что электризация огромна — объекты получат заряды мощностью до десятков киловатт. Возможно использование идей академика Л. Авраменко, которому удалось по одному проводнику (вольфрамовая нить толщиной всего 20 мкм) передать электрический ток мощностью 1,3 кВт!

И если на самолетах сегодня «бесполезный» электрический ветер стекает со специальных остриев, установленных на концах крыльев, то завтра, быть может, эту энергию удастся использовать на пользу людям. Особенно это актуально в космических условиях, где вполне можно использовать электрический ветер, скажем, для работы маневровых двигателей.

Стоит сказать, что мы повсеместно недооцениваем возможности электростатических сил.

В знаменитых Фейнмановских лекциях по физике (т.5. Мир, 1977) приведены интересные выкладки о величине электрической силы: «Если бы в вашем теле или теле вашего соседа, стоящего от вас на расстоянии вытянутой руки, электронов оказалось бы всего на 1 % больше, чем протонов, то сила вашего отталкивания была бы невообразимо большой… Ее хватило бы, чтобы поднять вес, равный весу Земли».

На главенствующую роль электростатических сил в природе, даже по сравнению с гравитационными, указывал еще академик А.Д. Сахаров.

Тот же солнечный ветер, исходящий от нашего светила, представляет собой плазму, состоящую из потока различных частиц: электронов, протонов, нейтральных частиц. Так как скорость движения солнечного ветра достигает 700 км/с, может происходить усиление магнитного поля за счет так называемого удвоения магнитных трубок: возникает гидромагнитное динамо.

Первые публикации об ионолетах появились еще лет тридцать тому назад, однако до сих пор сколь-нибудь практичные конструкции пока не созданы. Впрочем, уже сегодня можно предвидеть следующее.

Вместо химического топлива ракеты XXI века будут оснащаться мощными источниками энергии. Мысль ученых сосредоточена сейчас над проектами ракет, работающих на потоке электризованных частиц.

Они хотят наилучшим образом решить техническую задачу, поставленную еще гением К.Э. Циолковского. Старт таких кораблей будет происходить, конечно, не с поверхности Земли, а с перевалочных станций на орбитах. Там солнечного света в изобилии, а гравитация составляет лишь небольшую часть земной тяжести. Это позволяет довольствоваться очень малыми ускорениями, то есть скорость ракеты можно будет накапливать постепенно. Да, продолжительность полетов при этом увеличится, но для грузового транспорта скорость может и не быть решающим фактором.

Я хочу сказать, что перевод грузовых ракет на солнечное электропитание — вполне разумная перспектива. Не исключено, что именно по этому пути пойдет в будущем значительная часть межпланетного транспорта.

Скажем, недавно американское космическое агентство НАСА сделало сенсационное заявление: профессор Вашингтонского университета Роберт Уингли нашел способ значительно увеличить скорость космических кораблей, благодаря чему путешествия за пределы Солнечной системы могут стать реальностью уже через 10 лет.

Несмотря на то, что изобретение ученого существует только в виде прототипа, эксперименты НАСА, намеченные на осень этого года, должны дать окончательный ответ на вопрос, найдет ли практическое применение изобретение Уингли. При этом многих исследователей поражает простота идеи, заложенной в основу данного изобретения.

Она состоит в том, что вокруг космического корабля необходимо создать так называемый «магнитный конверт», который будет отклонять солнечный ветер, способствуя тем самым его ускорению до 80 км в секунду, или 288 тыс. км в час.

Солнечный ветер, как, наверное, знают читатели «ЮТ», представляет собой газообразные потоки, идущие от Солнца, при этом их скорость достигает 3,6 млн. км/ч.

Земля защищена от них магнитным полем. Аналогичное поле и предлагает создать американский профессор вокруг космических кораблей. На такой скорости потребуется лишь 3–4 года, чтобы долететь до границ Солнечной системы, в то время как сейчас для этого необходимо 42 года.

В заключение следует отметить, что изобретение Роберта Уингли основано на давно известных законах физики. Неужто никто не придумает, как использовать «молниевую машину»?

ВЕРСИИ

И вновь о молниях

«Если современному инженеру-высоковольтнику представить данные природного электрического генератора, каковым является грозовое облако, то по его расчетам получится, что молний на свете быть вообще не должно, — пишет нам из Саратова И.В.ПОЛУНИН. — Но на практике это далеко не так. В чем тут хитрость?..»

Слово И. Полунину.

Молния — это природная электрическая искра. В лабораторных условиях для ее возникновения необходимо приложить напряжение в 3 млн. вольт на метр. Если учесть потери, неизбежные в облаке, это число необходимо увеличить как минимум вдвое. Непосредственные же измерения показывают, что в облаке имеет место лишь напряжение в 200 тыс. вольт на метр. И тем не менее молниевая машина облака исправно работает.

Тем более удивительно, что в грозовом облаке энергия аккумулируется на каплях, изолированных друг от друга воздухом, который, как известно, представляет собой неплохой изолятор. Каким же образом за тысячные доли секунды — а именно столько длится молниевый разряд — миллионы миллиардов капель, находящихся в облаке объемом в несколько кубических километров, успевают соединить свои заряды?

Американский профессор Дж. Фоллин считает, что и накопление заряда в туче, и сам разряд молнии происходят под воздействием космического излучения. Исследователь полагает, что именно космические лучи, попадая в атмосферу Земли, разбивают на атомы молекулы воздуха, ионизируя их. При этом из атомов выбиваются электроны, которые, в свою очередь, низвергаются электронной лавиной в нижние слои облака, накапливаются там и за короткий промежуток времени создают потенциал в сотни миллионов вольт. Именно этот потенциал и разряжается в конце концов огромной электрической искрой — молнией.

Причем самому разряду опять-таки способствуют космические лучи, ионизируя молекулы воздуха ниже облака, подготавливая ионизированные каналы. Таких молниевых каналов образуется великое множество, они пересекают друг друга. Поэтому молния, переходя из канала в канал, движется такими странными зигзагами, а не по прямой.

Однако этой гипотезе Фоллина, по-моему, присущ один недостаток. Космическое излучение поступает в атмосферу Земли практически постоянно, а вот грозы бывают не каждый день. Стало быть, тут есть еще какие-то причины.

Интересную гипотезу на этот счет некогда выдвинул один из старейших наших метеорологов И.Е.Воробьев, долгое время работавший на высокогорных метеостанциях. Однажды он стал свидетелем такого явления. Тяжелое грозовое облако надвигалось прямо на метеостанцию, находившуюся на высоте 3250 м над уровнем моря. Оно буквально зацепилось за крышу станции, и туча, дотоле сыпавшая громы и молнии, разразилась…снегопадом. Причем снежинки оказались весьма необычного вида — они представляли собой длинные ледяные иголки, даже нити, переплетавшиеся между собой таким образом, что в воздухе как бы медленно опадали серпантиновые ленты.

А что, если такой «серпантин» — довольно обычное явление в грозовом облаке? Из электростатики известно: на острие того или иного предмета напряженность магнитного поля увеличивается. Заряды стекаются на концы нитей, и, когда они соприкасаются между собой, величина суммарного заряда быстро возрастает. Такое увеличение в конце концов и приводит к пробою — молнии.

ДАВАЙТЕ РАЗБЕРЕМСЯ

Конденсатор по имени Земля

За сто лет человек научился защищаться от молнии. Вот бы еще теперь ее приручить! Эта мысль многим приходит в голову. Однако, как говорится, «стоит ли овчинка выделки»? Чтобы разобраться в энергетике молнии, достаточно обычного курса школьной физики.